[發(fā)明專利]負極活性材料及包含該負極活性材料的負極、二次電池和電子設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110349062.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113161532B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設計）人: 岳影影
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市競天公誠律師事務所 11770
• 代理人: 徐民

本申請?zhí)峁┮环N負極活性材料及包含該負極活性材料的負極、二次電池和電子設備。本申請的負極活性材料包括復合顆粒，所述復合顆粒包括含鈮復合金屬氧化物和MXene材料。本申請的負極活性材料用于鋰離子電池，具有優(yōu)良的倍率性能、循環(huán)性能，且具有較高的能量密度。

技術領域

本申請涉及電化學領域，具體涉及一種負極活性材料及包含該負極活性材料的負極、二次電池和電子設備。

背景技術

鋰離子電池已伴隨著科技的進步及環(huán)保要求的提高進入了我們日常的生活。隨著鋰離子電池的大量普及，其安全性能越來越受到使用者的重視，70％的安全問題都是由于電池析鋰導致的。目前的鋰離子電池負極大多使用石墨作負極，但石墨的電壓平臺接近鋰的析出電位，從而形成鋰枝晶，刺穿隔膜，導致正負極直接接觸，帶來安全隱患。鋰離子在石墨負極材料中的擴散動力學條件變差是限制鋰離子電池低溫性能的主要原因，因此在充電的過程中負極的電化學極化明顯加劇，很容易導致負極表面析出金屬鋰，從而導致石墨體系的電池在低溫條件下的充電倍率低，且易發(fā)生析鋰，影響其在低溫條件下的使用。

提高倍率性能的常用的方法是構建納米尺寸或多孔結構的材料，以最小化鋰離子的固態(tài)擴散，使鋰能夠更快地通過復合電極傳輸，增加電極材料與電解質接觸的比表面積，碳包覆也經(jīng)常用于提高電子電導率，這也是提高電極材料大倍率性能的另一種方法。但顆粒納米化，通常會導致材料比表面積較高，在制備漿料時需要添加更多的粘結劑，導致活性材料的占比下降，且壓實密度也在在一定程度下降。碳包覆，需要的碳含量通常大于4％，同樣會導致活性物質的占比下降。

同時，負極材料的電位決定了電池在低溫條件下是否會發(fā)生析鋰，當在使用過程中負極材料的平均電位大于1.3V時，才能保證在現(xiàn)有的LiPF₆電池體系低溫充電過程中不會發(fā)生析鋰，且不會在負極材料表面形成SEI。鈦酸鋰(LTO)作為一類常用負極材料，具有如下優(yōu)勢：1)LTO擁有較其它負極材料較高的電極電勢1.5V；2)Li⁺在LTO中具有很快的反應動力學特性與嵌入反應機理，具有高倍率性能；3)材料結構穩(wěn)定，體積變化不明顯(0.31％)，但其較低的理論比容量(175mAh/g)限制了全電池的能量密度。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明旨在提供一種在電池中具備優(yōu)良的倍率性能、循環(huán)性能，在循環(huán)過程中具有較低的體積膨脹率，且在全電池中實現(xiàn)較高能量密度的負極活性材料。

在第一方面，本申請?zhí)峁┮环N負極活性材料，包括復合顆粒，所述復合顆粒包括含鈮復合金屬氧化物和MXene材料。MXene材料是具有二維層狀結構的金屬碳/氮化物。

根據(jù)本申請的一些實施方式，所述復合顆粒包括含鈮復合金屬氧化物和MXene材料組成。

根據(jù)本申請的一些實施方式，所述含鈮復合金屬氧化物的表面包括所述MXene材料。通過使用MXene包覆T_xNb_yM_zO_a材料，提升T_xNb_yM_zO_a的電子導電性，從而在提升能量密度的同時，實現(xiàn)倍率性能和循環(huán)性能的顯著提升。

根據(jù)本申請的一些實施方式，所述含鈮復合金屬氧化物選自T_xNb_yM_zO_a表示的化合物中的至少一種，其中T選自K、Li、Fe、V、W、P、Ti中的一種或多種元素，M選自Al、Ti、W、Zr、Nb、In、Ru、Sb、Sr、Y、Ni、Co、Mn、Fe、Gr、Mo、Tc、Sn、Ga、Si、V、Mg中的一種或多種元素，且z/(x+y+z)≤0.2，a為滿足含鈮復合金屬氧化物0價態(tài)的數(shù)值。

根據(jù)本申請的一些實施方式，所述含鈮復合金屬氧化物屬于剪切面的ReO₃構型。